黄玲丽

（浙江省余姚市实验学校）

巧设问题，突破学生思维障碍
——《牛顿第一定律》教学案例

黄玲丽

（浙江省余姚市实验学校）

牛顿第一定律的教学一直是个难点。牛顿第一定律的研究过程是推理归纳的复杂高级思维过程，这对刚步入物理领域的初中生来说是极其困难的。根据经验，学生会有认为物体的运动是力作用的结果，这就是在初中科学教学中牛顿第一定律至今仍是难点的原因所在。要成功地完成牛顿第一定律的教学任务，使学生摆脱这种观念，转变错误认识，最重要的环节之一就是揭示建立牛顿第一定律的思维活动过程，引导学生进入牛顿第一定律的思维活动中来，而不是生硬地把结论塞给学生。这就需要教师精心设计问题，严密推理，把复杂的思维分解成为学生可以接受和理解的各个层次的简单推理，把高度概括的复杂思维过程分解成简单的浅化思维过程，即通过提问，设计一定的思维台阶，帮助学生突破推理、概括的思维障碍，由浅入深，深入浅出，使思维的难点分散、难度降低，使原来难以想象的牛顿第一定律转变成学生自然而然、顺理成章的思维必然结果，才能帮助学生走出误区。在教学中，以斜面小车实验的观察和分析为中心，逐项逐层通过一系列问题展开思维活动。

【案例分析】

环节一：创设问题情境，激发探究的欲望

学生体验：1.要让静止的书本在桌面上运动，该怎么办？

2.停止用力，书本又处于什么运动状态呢？

在学生体验的基础上提问：力和运动之间有什么关系呢？

有的学生说，有力物体才能运动，也有的说，力改变物体的运动状态（有思考有争议）。此刻和学生回顾历史，告诉他们曾经历史上就有关于运动和力的关系的争论（增强了学生探究的价值感）。最有代表的观点就是2000多年前的古希腊科学家和哲学家亚里士多德根据诸如“用力推车，车则进；停止用力，车则止”的经验事实，而得出“力是维持物体运动的原因”。

顺势提问：“你是如何理解这句话的？你觉得这个观点有问题吗？举个反例。”学生思考理解，举出踢足球的例子等。有了正确认识的初步感受，然后教师演示推小车，进一步让学生体会力不是维持物体运动的原因，没有力，仍然可以运动。

进一步设问：“为何不用力，小车和书都停下来了？”前面学过摩擦力，很快就能答出是摩擦阻力使运动物体速度变小，直至静止，运动状态发生改变。这样就很容易回答这个问题：“小车和书对比，谁停下来快？停下来快慢与什么有关？”学生说，与摩擦阻力的大小有关，小车的滚动摩擦小得多！进入今天的研究课题：物体运动状态改变（速度减小得快慢）与阻力的关系。

【环节一随感】学生学习需要一定的问题情境，知识融于情境中才能显示出活力与美感。

环节二：实验探究中的问题设置，观察讨论

提问：“根据探究课题：物体运动状态改变（速度减小得快慢）与阻力的关系，你能提出可行性的问题和建立相应的猜想吗？”学生纷纷提出自己的问题和猜想，教师给予评价。然后根据学生现有的探究能力，给出实验器材，让学生思考选这些器材的用意，如，斜面有什么用？思考讨论以下几个问题：（1）实验中我们应该控制哪些变量？如何设计？这种设计的方法叫什么？（2）实验过程中我们需要观察什么？（3）实验从粗糙的毛巾开始做，还是从光滑的木板开始做（留个悬念）？学生讨论得出：控制小车进入水平面时的具有相同的初速度，需要同一小车从同一斜面的同一高度静止释放；小车在水平面上受到的摩擦阻力大小——实验变量，给水平面铺上粗糙程度不同的物体，从粗糙的毛巾开始实验。学生活动，记录结果在表格中。

水平面材料小车受到摩擦阻力的大小（大、较大、小）小车运动的距离 小车速度减小（快、较快、慢）毛巾棉布木板

由学生来讲实验结果并得出实验结论：水平表面越光滑，小车运动时所受到的摩擦力（阻力）_________ _，运动的距离_________，速度减小得________。

【环节二随感】学生已经了解了探究的各个环节，明确了探究目的，在教师的循循诱导下，通过师生双边活动，把这个实验活动做活了。

环节三：层层设问，科学推理，获得新知和新法

推理：“有比木板更光滑的材料吗？”学生答：“玻璃。”“在玻璃上运动，小车受阻力情况、运动距离、小车速度变慢情况如何？”学生立即回答。进一步推理：“有比玻璃更光滑的材料吗？运动情况如何？”学生也很快做出思考回答。试想：“倘若在更理想的绝对光滑的平面上运动，小车的运动情况？”学生成功推理：小车根本停不下来。结论水到渠成。同时解决问题（3）为何从粗糙的毛巾开始实验。

再次启发点拨：“绝对光滑的平面现实有吗？这种方法叫推理法。那么是凭空想象的吗？”学生自然想到是在实验的基础上加以推理。这种方法叫做理想实验法。最早开创这个方法的科学家是伽利略，他也做过类似的实验。体会新方法带来的成就感，再和学生回顾历史——300年前伽利略的理想实验法和他得出的结论：理想情况下，如果运动物体若不受任何阻力，保持原来的速度运动下去。再次体会：力不是维持物体运动的原因。引导学生思考：“伽利略得出这个结论容易吗？学习他的什么精神？”学生体会其中的不易以及伽利略挑战权威和坚持真理的执着精神。

同时不能让学生对亚里士多德误解，所以再追问一下：“亚里士多德这么有名的人提出的观点是错误的，你如何看待？”学生都表示理解当时的科技发展水平，亚里士多德有此思考已很了不起。但从历史的观点来看，经典力学毫无疑问与亚里士多德物理学及中世纪物理学有着紧密的关系。因而，我们不能用非此即彼的态度来给真实而复杂的历史下一个粗暴而简单的结论，应当在古希腊哲学的背景中去领会亚里士多德关于力与运动关系的论述。所以这个追问很有必要。

伽利略的观点还进一步地得到了发展，阅读书本笛卡儿的观点：如果运动物体不受到任何力的作用，不仅速度大小不变，它的运动方向也不会改变。请学生思考：“为什么说笛卡儿进一步发展了伽利略的思想？有哪些发展？”学生对比得出，不受任何阻力变成不受任何力，速度的大小和方向都不变，即做匀速直线运动。“依据笛卡儿和伽利略的研究，那么静止的物体不受力，会如何？”学生根据现有知识水平得出，应该保持静止。

引出牛顿的高度概括——牛顿第一定律：一切物体，在没有受到外力作用时，它们的运动状态保持不变，包括保持静止和保持匀速直线运动状态。自然理解牛顿名言：“如果我有什么贡献的话，那是因为我站在巨人的肩膀上。”让学生感悟我们今天的学习也是站在巨人的肩膀上。展示牛顿第一定律得出所经历的曲折的发展历程，以及人类理性在两千多年的历史长河中发展的产物。

【环节三随感】根据学生的最近发展区，设置梯度问题，降低学生的思维难度，提高思维力度，让学生感受满满的成就感。

环节四：剖析定律，强化理解

问题一：“牛顿第一定律的条件是什么？牛顿是如何得出的？”学生理解这个定律是有条件的，而且条件是没有受到外力作用时，是理想条件，所以得出定律也是用到实验加推理的理想实验法，这种方法论就不是强加给学生的。

问题二：“牛顿第一定律的研究对象？‘时’是指那一刻？‘或’代表的什么含义？”

学生讨论得出研究对象是一切物体，包括运动的和静止的物体，教师指出牛顿本义，“一切物体”是指地下物体与天上物体；“时”是指外力消失的那一刻；“或”指一个物体只能处于一种状态，到底处于哪种状态，由原来的状态决定原来静止就保持静止，原来运动就保持匀速直线运动状态。教师举例学生身边的物体，如，“吊着的电风扇，忽然外力消失，电风扇处于什么运动状态？”“运动会上，正在跑800米的某同学，忽然外力消失，会怎样运动？”“同学喜欢转笔，忽然外力消失，这笔会一直转下去吗？”学生通过身边的例子做出解答，深刻理解牛顿第一定律的含义。再把主动权交给学生：“你能举几个类似的例子吗？”学生举例，并体会这个没有外力的世界是疯狂的。

问题三：“用心读几遍这个经典定律，你还能由这个定律想到什么结论？”学生用心读定律，发现，没有外力，物体运动状态不变，推导出如果有外力，运动状态改变；还有学生说，没有力，物体可以一直匀速直线运动，说明力不是维持物体运动的原因。归纳牛顿第一定律的重要贡献就是揭示力和运动的关系，点题，呼应开课问题——运动和力的关系，得出正确的力和运动的关系——力是改变物体运动状态的原因。

问题四：“牛顿第一定律有什么重要的意义？”学生畅所欲言谈意义，可以是知识上的意义，也可以是方法上的独特，也可以是思想上的解放等等，开拓学生的发散思维。

【环节四随感】剖析牛顿第一定律，传统靠教师讲解完成，学生没有真切体会。设置一些针对性问题，解读定律，激活学生积极、深刻的思考。

环节五：课堂总结，让学生提问题

请学生谈谈这节课的收获和困惑，并提出一些有意义的问题。有学生就提到，牛顿第一定律一定完善了吗？不妨提一下，不仅在牛顿之前经历了曲折的发展历程，在牛顿之后也有了很大的发展。在这里特别一提的是，爱因斯坦与诺特尔对这个定律的发展所作出的创造性工作。特别是爱因斯坦，在创建了广义相对论以后，使得牛顿第一定律变得更有包容性：“物理学定律比牛顿所想象的情况简单得多。我们不需要对偏离惯性定律的情况作出解释。”他认为所有的运动都是惯性运动，为后面学生的进一步发展和学习做个铺垫，也为致力于科学研究增加点信心。

【环节五随感】爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题重要，因为解决一个问题也许只是一个数学上或实验上的技巧问题。而提出一个新的问题、新的可能性，从新的问题看旧问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”学生学习物理刚刚入门，不会被太多知识束缚，往往有很多新问题，也为后续学习激发欲望。

美国教学法专家卡汉尔认为：“提问是教师促进学生思维，评价教学效果及推动学生实现预期目标的基本控制手段。”这节课步步深入的提问，使学生在不知不觉中闯过一道道思维的难关，使学生处于最大限度的主动激活状态，使学习成为其自主活动。这样的教学方法，学生不仅理解了牛顿第一定律的内容，还掌握了建立牛顿第一定律的方法和历史。通过提问，学生知道不仅要关注知识结论的掌握，更要关注对知识形成过程的理解。

怎样上好一堂课历来无定论，提问作为一种重要的教学手段，只要我们勇于探索，不断优化设计问题，并鼓励学生不断质疑，充分调动他们的学习积极性，培养他们的思维品质和能力，引领他们发现、提出更多的问题，“抛砖引玉”是我们最终的目的。

·编辑 韩 晓